Avancées des connaissances sur l'état du Saint-Laurent : résultats des travaux sur l'acidification et l'hypoxie

Au chevet des eaux profondes

Les eaux profondes de l’estuaire maritime du Saint-Laurent ont subi d’importants changements au cours des dernières décennies. Une baisse d’oxygène, aussi appelée hypoxie, combinée à une augmentation d’acidité menacent les espèces marines. Des chercheurs de Pêches et Océans Canada nous expliquent l’importance de mieux comprendre ce phénomène et ses effets possibles sur les organismes vivants dans ces eaux.

Si le phénomène global d’acidification n’est pas récent, l’ampleur prise dans le Saint-Laurent est sans commune mesure avec celle observée dans les océans ouverts, disent Denis Gilbert et Michel Starr, chercheurs à l’Institut Maurice-Lamontagne (IML) de Pêches et Océans Canada.

Depuis dix ans, Pêches et Océans Canada étudie l’acidification des océans afin d’identifier les zones marines les plus vulnérables et mieux comprendre l’impact potentiel sur les organismes marins. «En l’espace de 75 ans, le pH des eaux profondes de l’estuaire s’est abaissé de 0,2 à 0,3 unité pour se stabiliser vers 7,6 à 7,7. En comparaison, la diminution constatée dans les océans est de 0,1 unité. Pour mettre cette baisse en perspective, il y a 55 millions d’année une diminution marquée de pH avait entrainé une extinction massive d’espèces marines», dit M. Starr, océanographe à l’IML, en rappelant que l’échelle de pH s’étend de 0 pour un acide à 14 pour une base et qu’un pH égal à 7 est dit neutre.

Publiée en septembre 2011 dans la revue Atmosphere-Ocean, leur découverte, reconnue comme l’une des dix découvertes de l’année par la revue Québec Science, n’est pas le fruit du hasard. Loin de là. Les deux hommes ont collaboré avec une équipe de scientifiques de l’Université McGill et de l’Institut des sciences de la mer de Rimouski pour dresser ce portrait pathologique peu réjouissant. Diagnostic vital engagé, diraient certains.

Et, même si environ 30 % du dioxyde de carbone (CO2) libéré dans l’air par l’homme a été absorbé par les océans en l’espace de deux siècles, cela ne suffit pas à expliquer ce phénomène d’acidification accélérée des eaux de fonds de l’estuaire du Saint-Laurent. Un phénomène très lié au manque d’oxygène (hypoxie) en profondeur.

Quand le courant passe…

Aujourd’hui, deux coupables se partagent le banc des accusés: la respiration bactérienne et la circulation des courants océaniques.

«En profondeur (de 170 à 335 mètres), les bactéries décomposent la matière organique disponible, une matière plus abondante près des côtes habitées. Lors de ce processus, elles respirent, consomment de l’oxygène (O2) et produisent du CO2. Appauvrie en oxygène, la couche d’eau s’enrichit graduellement en CO2. Une fois dissous dans l’eau, ce gaz produit une réaction qui libère des ions hydrogène responsables de l’acidification», explique M. Starr.

En plus de la respiration bactérienne, l’acidification et l’hypoxie des eaux de fonds de l’estuaire du Saint-Laurent s’explique aussi par des changements dans la circulation des eaux océaniques du nord-ouest de l’atlantique  entrant dans le chenal laurentien.

«Depuis 80 ans, le réchauffement des eaux profondes de l’estuaire du Saint-Laurent suggère que la proportion d’eau chaude, salée et pauvre en oxygène du Gulf Stream a augmenté aux dépens de celle en provenance du courant du Labrador, réputée plus froide, plus douce et plus riche en oxygène. Nous sommes fiers d’avoir démontré que l’hypoxie des eaux profondes était causée par ce phénomène. Jusqu’alors, la plupart des études mettaient en cause les activités humaines», indique Denis Gilbert, chercheur sur le climat océanique à l’IML. Depuis un phénomène semblable a été mis au jour sur la côte ouest du Canada.

Dans l’article publié en 2005 dans le journal Limnology and Oceanography, Denis Gilbert et ses collègues estiment que 50 % à 67 % de la perte en oxygène dans les eaux profondes sont attribuables à cette modification du mélange des eaux. Le reste serait imputable à la respiration bactérienne qui augmente avec le réchauffement de la température de l’eau.

Attention, impacts!

Étoile de mer, un des organismes menacés par l’acidification  des eaux comme les pétoncles, les huitres et les moules. Crédit  photo: M. Starr, MPO

Étoile de mer, un des organismes menacés par l’acidification des eaux comme les pétoncles, les huitres et les moules. Crédit photo: M. Starr, MPO

«Quand l’oxygène se fait rare en profondeur, c’est un peu comme si vous randonniez en haute montagne. Vous aurez de la difficulté à respirer et à vous mouvoir. Pour les espèces marines, c’est pareil», schématise M. Gilbert.

Ainsi, la morue, une espèce commerciale du Saint-Laurent, restreint son alimentation et diminue ses déplacements dès que le taux de saturation en oxygène est inférieur à 70 % (le pourcentage représente la quantité d’oxygène dissous par rapport à la concentration maximale en oxygène dans l’eau de mer à une température et salinité donnée).

Citant les travaux de ses collègues à l’IML, Denis Gilbert mentionne qu’ «on constate de la mortalité chez la morue à un niveau d’oxygène inférieur à 28 %. Et, certains endroits de l’estuaire du Saint-Laurent affichent déjà un niveau de 20 %! Pour s’oxygéner correctement, le poisson se déplace vers l’est où les eaux sont plus riches en oxygène ou navigue à une plus faible profondeur.»

Depuis 10 ans, la communauté scientifique internationale en collaboration avec les chercheurs de Pêches et Océans Canada s’attelle à apprécier les impacts de l’acidification sur la vie marine. Et pour cause. Dans les eaux acides, des organismes comme les mollusques ou les crustacés éprouvent de la difficulté à former leurs carapaces ou parties dures en carbonate de calcium. La raison? La réduction de carbonate par les ions hydrogène présents en grand nombre dans les eaux acides.

Au cœur de la chaîne alimentaire océanique, ces animaux calcifiés voient dans ces conditions leur croissance ralentie ou leurs chances de survie réduites. Conséquence possible sur l’industrie des pêches et les poissons? «Selon une étude américaine de 2007, l’acidification des eaux pourrait affecter 73 % des organismes pêchés commercialement, soit directement pour les espèces calcifiées ou indirectement pour les organismes se nourrissant d’espèces calcifiées. L’impact économique pourrait être considérable», indique M. Starr.

L’impact sur l’homme aussi. Selon le programme des Nations unies pour l’environnement, plus de 2,6 milliards d’êtres humains tirent l’essentiel de leur alimentation des produits de la mer.

Un modèle pour les autres?

La rosette CTD ou CTP en français pour conductibilité, température et profondeur. Crédit photo: M. Starr, MPO

La rosette CTD ou CTP en français pour conductibilité, température et profondeur. Crédit photo: M. Starr, MPO

Simulation en laboratoire des effets de l’acidification des eaux. Crédit photo: M. Starr, MPO

Simulation en laboratoire des effets de l’acidification des eaux. Crédit photo: M. Starr, MPO

D’après Michel Starr, «les niveaux de pH constatés dans les eaux profondes de l’estuaire sont ceux que les océans atteindront globalement à la fin du centenaire. Ici, on peut observer l’écosystème et évaluer sa capacité à s’adapter ou pas. En ce sens, l’estuaire est un bon modèle pour étudier les impacts de l’acidification des océans.»

Les deux scientifiques de Pêches et Océans Canada continuent donc leur travail sur le terrain. Cela passe notamment par des campagnes de collecte à bord de gros navires où le laboratoire est embarqué. À différents sites en mer, l’immersion d’une rosette-CTD (Conductivity, Temperature, Depth), un carrousel de 12 à 24 bouteilles, permet de prélever de l’eau à différentes profondeurs pour mesurer les caractéristiques physico-chimiques des eaux, dont notamment les teneurs en oxygène.

Si Michel Starr participe à des mesures de pH in situ, il s’active aussi avec ses collègues pour évaluer expérimentalement les effets de l’acidification sur des espèces commerciales (reproduction, viabilité des jeunes, etc.) et scruter plusieurs processus clés à la base de la chaîne alimentaire de l’écosystème du Saint-Laurent. Dans le cadre de cette étude échelonnée sur plusieurs années, les chercheurs simulent les conditions du milieu aquatique dans des bassins artificiels où le pH est contrôlé.

D’autres équipes scientifiques étudient l’évolution de la vie marine dans les eaux acides. Autour de puits volcaniques cette fois-ci (relargage naturel de CO2). Et leurs premières constatations sont sans appel: dans les zones les plus acides, près d’un tiers des espèces manque à l’appel.

Les organismes marins s’adapteront-ils à l’acidification rapide et sans précédent de leur milieu de vie? Seront-ils assez résistants? Les résultats des expériences de Michel Starr et de ses collègues devraient nous apporter des réponses.

Date de modification :